Pour la réalisation de ce bijou de l'animation, Yuji Yamaguchi (Strawberry Eggs, Angel Links) était attendu. Il s'est également occupé du story-board en collaboration avec trois autres personnes. Les principaux acteurs dans la mise sur pied du projet restent tout de même les créateurs du concept original et du chara design original, respectivement Kinoko Nasu et Takashi Takeuchi qui avaient déjà collaboré sur Tsukihime. De ce duo est né Fate/Stay Night, série aux musiques envoûtantes, confiées à Kenji Kawai à qui l'on doit déjà les musiques des films Ghost in the Shell, des séries Ranma ½ et Maison Ikkoku ou encore de la saga Patlabor. Megumi Ishihara (Moonlight Lady) était chargé du chara design et l'on doit dire que son peu d'expérience ne l'a pas fait faillir.

Du côté des doubleurs, Saber est incarnée par Ayako Kawasumi (Natsuki Mogi dans Initial D, Mahoro dans Mahoromatic, Fuu dans Samurai Champloo). Noriaki Sugiyama double Emiya Shirô. Il est plus connu pour sa ténébreuse voix de Sasuke dans Naruto ou pour avoir incarné Ishida Uryuu dans Bleach. Kana Ueda (Anna Kurauchi dans He is my Maître, Yumi Fukuzawa dans Maria-sama ga Miteru) est Rin Tohsaka, tandis que le doublage d'Archer a été octroyé à Junichi Suwabe (Greed dans Fullmetal Alchemist, Kyosuke Takakura dans Nana, Fuuma Monou dans X). Atsuko Tanaka double Caster après avoir fait partie du casting de Ghost in the Shell en tant que Motoko Kusanagi ou encore Sayoko Nanamori dans RahXephon. Nobutoshi Canna s'est mis dans la peau de Lancer. Certains auront reconnu la voix de Maxi dans les versions japonaises de Soul Calibur, Mido Ban dans GetBackers, Kabuto dans Naruto ou encore Camus du Verseau dans les OAV d'Hadès. Quant à Rider, le rôle a été donné à Yuu Asakawa, déjà présente en tant que Sakaki dans Azumanga Daioh, Motoko dans Love Hina ou Jura Basil Elden dans Vandread. Nous finirons cette liste non exhaustive par le doubleur de Gilgamesh, Tomokazu Seki, qui s'est illustré en tant qu' Hiromu Shinbo dans Chobits, Kyo Soma dans Fruits Basket, Sousuke Sagara dans Full Metal Panic, Nobu dans Nana, Kamui Shiro dans X, ou encore Kunio Murai dans G.T.O.

La jeune chanteuse Sachi Tainaka interprète les génériques de début Disillusion et Kirameku Namida wa Hoshi ni . Jukai, déjà présent sur l'ending de Busô Renkin, interprète Anata ga Ita Mori et Hikari (épisode 14). L'ensemble de ce staff n'avait que peu d'expérience dans leur domaine respectif, hormis quelques doubleurs. Finalement, il s'avère que le casting est réussi et n'a rien à envier aux grosses productions.